Фторид ксенона(II)
| Фторид ксенона(II) | |
|---|---|
| |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Фторид ксенона(II) |
| Хим. формула | |
| Физические свойства | |
| Состояние | белые кристаллы |
| Молярная масса | 169,2968 г/моль |
| Плотность | 4,32 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | 129,03 °C |
| • кипения | 155 °C |
| • разложения | 600 °C |
| Критическая точка | 631 °C, 9,3 МПа |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 13709-36-9 |
| PubChem | 83674 |
| Рег. номер EINECS | 237-251-2 |
| SMILES | |
| InChI | |
| ChemSpider | 75497 |
| Безопасность | |
| NFPA 704 | |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
 Медиафайлы на Викискладе | |
![{\displaystyle {\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/53a28ea73d17d80792bed6fc4f41edcd1f276d27)
Дифтори́д ксено́на - Бинарное соединение фтора и ксенона, химическая формула . При обычных условиях — бесцветные кристаллы.
Одно из самых устойчивых соединений ксенона.
История
[править | править код]Первое опубликованное сообщение о синтезе было опубликовано в октябре 1962 года Черником с соавторами[1]. Однако, вероятно, что был впервые синтезирован Рудольфом Хоппе в Мюнстерском университете (Германия) в начале 1962 года в реакции смеси газообразных фтора и ксенона под воздействием электрического разряда, но это сообщение Хоппе было опубликовано позже[2].
Вскоре Уикс, Черник и Мэтисон из Аргоннской национальной лаборатории сообщили о синтезе в никелевом реакторе с прозрачными окнами из оксида алюминия в котором содержалась смесь равных частей ксенона и фтора под низким давлением, и реакция с образованием протекала при облучении этой смеси ультрафиолетовым излучением[3].
В 1965 году соединение было получено в реакции газообразного ксенона и дифторида кислорода[4].
Физико-химические свойства
[править | править код]Обладает характерным тошнотворным запахом.
В инфракрасных спектрах наблюдается чёткий дублет полос поглощения с волновыми числами 550 см−1 и 556 см−1.
Термодинамические величины
[править | править код]| Свойство | Значение |
|---|---|
| Стандартная энтальпия образования (298 К, в твёрдой фазе) | −176 кДж/моль |
| Стандартная энтальпия образования (298 К, в газовой фазе) | −107,5 кДж/моль |
| Энтальпия плавления | 16,8 кДж/моль |
| Энтальпия возгонки | 50,6 кДж/моль |
| Энтропия образования (298 К, в газовой фазе) | 259,403 Дж/(моль·К) |
| Теплоёмкость (298 К, в газовой фазе) | 54,108 Дж/(моль·К) |
Растворимость
[править | править код]| Растворитель | Значение |
|---|---|
| Жидкий аммиак | Не растворим |
| Ацетонитрил | Растворим |
| Вода (при 0 °C) | 2,5 г/100 мл |
| Диоксид серы | Растворим |
| Пентафторид иода | 153,8 г/100 мл |
| Трифторид брома | Растворим |
| Фтороводород | Растворим |
Строение
[править | править код]
Молекула дифторида ксенона линейная. Длины обеих связей равны 0,198 нм.
Получение
[править | править код]Синтез проводят из простых веществ при нагревании, ультрафиолетовом облучении или действии электрического разряда:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Xe} {}+{}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5c4fb0e234af8407f8c9920e80fbc733d99548c9)
Продукты реакции конденсируют при −30 °C. Очистку проводят методом фракционной дистилляции.
Механизм данной реакции достаточно интересный, и, по-видимому, в нём как-то участвуют молекулы фтороводорода, которыми обычно загрязнён газообразный фтор. Это обнаружили Шмарк и Лютар, которые для синтеза использовали неочищенный от водорода фтор, и при этом скорость реакции выросла в 4 раза по сравнению с использованием чистого фтора[5].
Также известен метод получения дифторида ксенона из фторида кислорода(II) и ксенона. Для этого смесь газов помещают в никелевый сосуд и нагревают до 300 °C под давлением:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Xe} {}+{}2\,\mathrm {OF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4e9bb2bdb7a5e41efe2fb0aeb20abebd2028ae29)
В России производство дифторида ксенона налажено на Сибирском химическом комбинате.
Дифторид ксенона образуется также при реакции ксенона с диоксидифторидом при −120 °C.
Химические свойства
[править | править код]При возгонке дифторид ксенона диспропорционирует на свободный ксенон и тетрафторид ксенона:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Xe} {}+{}\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/62e44edaa989ef9af63d97a0a111fd8b1427e2bd)
В холодной подкисленной воде разлагается достаточно медленно, зато в щелочной среде разложение идёт быстро:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}4\,\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Xe} \uparrow {}{}+{}4\,\mathrm {NaF} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bc4f4f83f987b82970f29009ca341f0a61eb2844)
является менее активным окислителем чем молекулярный фтор.
Образование координационных соединений
[править | править код]может выступать в качестве лиганда в комплексных соединениях. Например, для раствор его в жидком фтороводороде возможна реакция:
![{\displaystyle {\mathrm {Mg} [\mathrm {AsF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}]{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}4\,\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}[\mathrm {Mg} (\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}][\mathrm {AsF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}]{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/44a5d9e5e26de270eb01051cfdbf92badf038ab6)
Рентгеноструктурный анализ показывает, что в этом соединении атом магния связан с шестью атомами фтора, 4 из которых являются мостиками между атомами магния и ксенона.
Известно множество подобных реакций получения соединений вида , в которых в качестве атома M могут выступать Ca, Sr, Ba, Pb, Ag, La или Nd, а атомом A могут быть As, Sb или P.
![{\displaystyle {[\mathrm {M} {\vphantom {A}}^{\times }(\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{n}}](\mathrm {AF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{x}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0ca1b0cee3b0e994b2dae90b659e26450530c9bb)
Такие реакции протекают при большом избытке дифторида ксенона.
В твердофазной системе в присутствии фторида цезия некоторые металлы (Ce, Pr, Nd, Tb, Dy, Tu) могут образовывать комплексные соединения вида .
![{\displaystyle {\mathrm {Cs} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}[\mathrm {CeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{7}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e71bf362657fad85c25970711f28234f1c191a43)
С пентафторидом мышьяка образуется гексафторарсенат трифтордиксенона, в котором в качестве катиона выступает молекулярный ион .
![{\displaystyle {\mathrm {Xe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\vphantom {A}}^{+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/938b2bf865401c46b2d89bae53dd29736de1fff1)
Также известны соединения в которых катионом является :
![{\displaystyle {\mathrm {Xe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\vphantom {A}}^{+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b5167e42246b100fdfe93b6736a67a15ab844881)
- .
![{\displaystyle {\mathrm {AsF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}2\,\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Xe} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}[\mathrm {AsF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2fb1575f8b4b174c77588997905a439f53d4a212)
Реакции фторирования с простыми веществами
[править | править код]фторирует Mn, W, Nb, Sb, Sn, Ti, S, P, Te, Ge, Si до высших фторидов в интервале температур от −10 °C до 30 °C. Нагревание реакционной смеси до 50 °C приводит к взаимодействию дифторида ксенона с оксидами и солями многих металлов.
В твердофазной системе при нагревании окисляет Ce, Pr и Tb до тетрафторидов.
Реакции окисления
[править | править код]Водный раствор дифторида окисляет броматы до перброматов:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {KBrO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {KBrO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {Xe} \uparrow {}{}+{}2\,\mathrm {HF} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/69365a3fb3895dc876ce082958b931282013dc58)
Окислительное фторирование
[править | править код]Пример окислительного фторирования для теллурорганического соединения (тут атом теллура меняет степень окисления от +4 до +6):
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Ph} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {TeF} {}+{}\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Ph} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {TeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {Xe} \uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/169531e63c62cff24b276bd060d70c4ec147750e)
Восстановительное фторирование
[править | править код]Пример восстановительного фторирования (тут атом хрома меняет степень окисления от +6 до +5):
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {CrO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {CrOF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {Xe} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/50e118c2fcdc181c38810b974a84624389f16c69)
Фторирование ароматических соединений
[править | править код]Фторирование ароматических соединений идёт по механизму электрофильного замещения:
При этом возможно и восстановительное фторирование (за счет растворителя):
Фторирование непредельных соединений
[править | править код]Достаточно селективно можно проводить фторирование диеновых производных в 1,2-положения:
Фторирующее декарбоксилирование
[править | править код]Дифторид ксенона декарбоксилирует карбоновые кислоты, при этом образуются соответствующие фторалканы:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {RCOOH} {}+{}\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {RF} {}+{}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {Xe} {}+{}\mathrm {HF} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/476ddb89e332ab6734728dd34a072859af2b1d92)
Применение
[править | править код]- Один из самых мощных фторирующих агентов.
- Применяют для получения высокотемпературных сверхпроводников на основе сложных слоистых оксофторидов меди[6]
- Является достаточно перспективным для дезинфекции труднодоступных мест[7]
- Дифторид ксенона используется для травления кремния при иготовлении микроэлектромеханических систем. Процесс основан на реакции:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {XeF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {Si} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {SiF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}2\,\mathrm {Xe} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0ac646da59231d2149afba8510ea88b10074161a)
Примечания
[править | править код]- ↑ Chernick, CL and Claassen, HH and Fields, PR and Hyman, HH and Malm, JG and Manning, WM and Matheson, MS and Quarterman, LA and Schreiner, F. and Selig, HH; et al. (1962). Fluorine Compounds of Xenon and Radon. Science. 138 (3537): 136—138. Bibcode:1962Sci...138..136C. doi:10.1126/science.138.3537.136. PMID 17818399. S2CID 10330125.
{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка) - ↑ Hoppe, R. (1964). Die Valenzverbindungen der Edelgase. Angewandte Chemie. 76 (11): 455. Bibcode:1964AngCh..76..455H. doi:10.1002/ange.19640761103. First review on the subject by the pioneer of covalent noble gas compounds.
- ↑ Weeks, J.; Matheson, M.; Chernick, C. (1962). Photochemical Preparation of Xenon Difluoride" Photochemical Preparation of Xenon Difluoride. J. Am. Chem. Soc. 84 (23): 4612—4613. doi:10.1021/ja00882a063.
- ↑ Morrow, S. I.; Young, A. R. (1965). The Reaction of Xenon with Dioxygen Difluoride. A New Method for the Synthesis of Xenon Difluoride. Inorganic Chemistry. 4 (5): 759—760. doi:10.1021/ic50027a038.
- ↑ Šmalc, Andrej. Xenon Difluoride (Modification) // Inorganic Syntheses / Andrej Šmalc, Karel Lutar, Scott A. Kinkead. — 2007. — Vol. 29. — P. 1–4. — ISBN 9780470132609. — doi:10.1002/9780470132609.ch1.
- ↑ Успехи химии, 2002, Том 71, Номер 5, Страницы 442—460. Дата обращения: 21 августа 2008. Архивировано 22 февраля 2025 года.
- ↑ Экстремальная дезинфекция — выбор дезинфектанта. Дата обращения: 21 августа 2008. Архивировано 26 октября 2008 года.
См. также
[править | править код]Литература
[править | править код]- Джолли У. И. Синтезы неорганических соединений. М.: Мир, 440 с. — 1967 г.
- Некрасов Б. В. Основы общей химии. В 2-х томах, М.:Химия, 1973 г.
- Tius, M. A., Tetrahedron, Volume 51, Issue 24, 12 June 1995, Pages 6605-6634.
- Weeks, J., Matheson, M. Xenon Difluoride. Inorganic Syntheses. № 8, 1966.
- Williamson, S. Xenon Difluoride. Inorganic Syntheses № 11, 1968.
- Šmalc, A., Lutar, K. Xenon Difluoride (Modification). Inorganic Syntheses № 29, 1992.
- Halpem D. F. «Xenon(II) Fluoride» in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. 2004, J.Wiley & Sons, New York.
Соединения ксенона | |
|---|---|
| Фториды |
|
| Оксиды |
|
| Оксофториды |
|
| Кислоты |
|
| Соли |
|
| Прочее |
|
